JP3095418B2 - Apparatus for determining dynamic position and orientation of a transducing head with respect to a storage medium - Google Patents
Apparatus for determining dynamic position and orientation of a transducing head with respect to a storage mediumInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は短い距離の測定に関し、特に、磁気ヘッド及
び磁気記憶ディスクのような、接近状態で離間する物体
間の、これら物体が相対的に移動する際の間隙を測定す
るための装置及び方法に関する。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the measurement of short distances, in particular between objects that are in close proximity, such as magnetic heads and magnetic storage disks, where these objects are relatively The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a gap when moving.
大抵のディジタルコンピューターシステムにはデータ
記憶装置が含まれ、このデータ記憶装置には、磁気材料
をコーティングした回転するディスクと、このディスク
上の磁気材料に情報を記憶させ、また情報を取り出すた
めの関連する変換器とが含まれる。情報は、高密度記
憶、データ位置への素早いアクセス、システムコンポー
ネンツの高い信頼性のみならずデータの完全性を可能な
らしめるとともに全体的にサイズの小さい、周知のコン
ベンションやフォーマットに従い記憶されそして引出さ
れる。システムのこうした特性を改善するための多くの
方策が用いられた。例えば、記憶媒体、トランスデュー
サーその他の改良である。高性能システムにおいて特に
取り組まれた１つの主領域は、トランスデューサーと回
転するディスクとの相対位置制御における改善である。
高性能の記憶システムではディスクとトランスデューサ
ー或はヘッドとは、良好に管理された物理的公差内の構
造のものとされている。一般にディスクは高速で回転
し、ヘッドはディスクに向けて偏倚される。ヘッドとデ
ィスクとの間の相対的な空気の流れにより、ヘッドは、
ディスクが高速回転することと、ヘッドの空気力学とが
結合して生じるエアクッション上に乗り上がる。或る形
態では、ヘッドはばね偏倚力を使用してディスクに関し
て吊り下げられ、別の形態ではヘッドは、ヘッドの空気
力学によって、回転するディスクから離れて比較的狭い
運動範囲で“浮いている”ように見える。Most digital computer systems include a data storage device, which includes a rotating disk coated with magnetic material and associated information for storing and retrieving information on the magnetic material on the disk. And a converter to perform the conversion. Information is stored and retrieved according to well-known conventions and formats that are small overall in size, enabling high-density storage, quick access to data locations, high reliability of system components as well as data integrity. You. Many strategies have been used to improve these characteristics of the system. For example, storage media, transducers and other improvements. One key area that has been specifically addressed in high performance systems is the improvement in the relative position control of the transducer and the rotating disk.
In high performance storage systems, the disks and transducers or heads are structured within well-managed physical tolerances. Generally, the disk rotates at high speed and the head is biased toward the disk. Due to the relative airflow between the head and the disc, the head
The disk spins at high speed and rides on an air cushion created by a combination of head aerodynamics. In one form, the head is suspended with respect to the disk using a spring bias, and in another form, the head "floats" with a relatively small range of motion away from the rotating disk due to the aerodynamics of the head. looks like.
そうした全てのシステムでは、回転するディスクに関
するヘッドの偏倚を制御することが重要となる。一般的
に、ヘッドとディスクとの間の距離が小さい程、ディス
クに記憶する情報をより正確なものとすることができる
ようになる。ヘッドとディスクとの間の距離は“ヘッド
間隙”或は“間隙”と称され、従来の高性能システムで
のそれは100万分の１インチ（約25.4mm/106）、即ちマ
イクロインチのオーダーのものである。In all such systems, it is important to control the head deflection with respect to the rotating disk. In general, the smaller the distance between the head and the disk, the more accurate the information stored on the disk. The distance between the head and the disk is referred to as the "head gap" or "gap"; in conventional high performance systems, it is on the order of one millionth of an inch (about 25.4 mm / 10 6 ), or microinches. Things.
ヘッド間隙を正確に制御するためには、ヘッドの空気
力学が主要な設計パラメーターとなる。設計プロセスの
みならず製造においても、システムが望ましい性能基準
に合致し得ること、或は合致することを保証するために
は、ヘッド間隙だけでなくヘッドの方位をも計測できる
ことが重要である。そうした計測値を、最適システムの
設計及び運転を実現するための十分な精度とともに得る
ことは困難であることが分かった。To accurately control the head clearance, the aerodynamics of the head is a key design parameter. In the design process as well as in manufacturing, it is important to be able to measure not only the head gap but also the head orientation to ensure that the system can meet or meet the desired performance criteria. It has proven difficult to obtain such measurements with sufficient accuracy to achieve optimal system design and operation.
現在、幾つかの光学的技法が、コンピューターデータ
記憶システムの磁気トランスデューサー或はヘッドと、
回転する磁気ディスクとの間のナノメーターでの間隙を
動的に測定するために最も有効裡に使用されている。Currently, several optical techniques are used with magnetic transducers or heads in computer data storage systems,
It is most effectively used to dynamically measure nanometer gaps between rotating magnetic disks.
１つの計測方法は、光線間の干渉現象に基づいた光学
干渉計使用法と称するものである。この方法は、２つの
光学的波列が交互に明暗をなす或は種々の色のライン、
バンド或は縞を作り出す相互干渉効果に基づくものであ
る。２つの物体の相対するほぼ平行な表面間の間隙を測
定する場合、一方の物体が透明であれば、光のビーム
を、このビームの軸が各表面と基本的に直交するように
して透明な物体の胴部を貫かせ、測定するべき間隙内に
送り込む。２つの物体の各表面で反射された光のビーム
は検出要素の位置で最終的に再結合し、その縞模様が
“読み取られ”る。光学システムは、光のビーム間の行
路の差が、この光学システムを使用して計測しようとす
るところの距離と関連付けられるような設計とされる。
光学上、検出要素の収集する本来の光の僅かな部分は部
分的には、光の波長に対する行路の差の比に基づくこと
が知られている。この関係は間隙計測のための較正表と
して使用される。One measurement method is referred to as using an optical interferometer based on the phenomenon of interference between light rays. In this method, two optical wave trains are alternately bright and dark or lines of various colors,
It is based on the mutual interference effect that creates bands or fringes. When measuring the gap between opposing, substantially parallel surfaces of two objects, if one object is transparent, the beam of light is transformed into a transparent beam with the axis of the beam essentially orthogonal to each surface. The body of the object is penetrated and fed into the gap to be measured. The beams of light reflected from each surface of the two objects eventually recombine at the location of the sensing element, and the fringes are "read". The optical system is designed such that the path difference between the beams of light is related to the distance to be measured using the optical system.
Optically, it is known that a small fraction of the original light collected by the detection element is based, in part, on the ratio of the path difference to the light wavelength. This relationship is used as a calibration table for gap measurements.
米国特許第4,813,782号に記載される特定用途におけ
る光学干渉計使用法は、コンピューターディスクドライ
ブの磁気ヘッドと、平坦な参照ディスクとの間のナノメ
ーターでの間隙を測定するものである。ハードディスク
ドライブの作業状況をシュミレートするために参照ディ
スクが高速で回転され、ばねにより押し下げられたヘッ
ドがディスク上で、このディスクの回転により生み出さ
れた濃密なエアクッション上で浮揚する。かくして、ヘ
ッドは参照ディスクの上方を“浮揚”し、或は“浮揚高
さ”を有し、参照ディスクを使用して磁気ヘッドの浮揚
の挙動を動的に試験することができる。参照ディスクは
ガラスのような、光学的に透明な材料で作製し、光のビ
ームは磁気ヘッドと相対する側からディスクを貫くよう
にして配向される。エアクッションを境界付ける表面で
反射された光のビームの成分が、結局、干渉を生じ、こ
の干渉により生じた縞が読み取られ、較正曲線の使用を
通して間隙値が求められる。The use of optical interferometers in certain applications as described in US Pat. No. 4,813,782 measures the nanometer gap between the magnetic head of a computer disk drive and a flat reference disk. The reference disk is rotated at high speed to simulate the working conditions of the hard disk drive, and the head depressed by the spring flies above the disk on the dense air cushion created by the rotation of the disk. Thus, the head "flies" above the reference disk, or has a "fly height", and the reference disk can be used to dynamically test the flying behavior of the magnetic head. The reference disk is made of an optically transparent material, such as glass, and a beam of light is directed through the disk from the side facing the magnetic head. The component of the beam of light reflected at the surface that bounds the air cushion eventually causes interference, the fringes created by this interference are read, and the gap value is determined through the use of a calibration curve.
上述の方法の主たる欠点は、較正曲線がその最小点及
び最大点付近では平坦であって計測の精度が著しく低下
して不正確となることである。こうした不正確さは、ヘ
ッドとディスクとの間隙が光の波長の1/4に近い場合に
特に生じる。加えて、市販入手することのできる装置
は、磁気ヘッド上の幾つかの点位置での測定値を同時に
得ることができず、従って、表面間の間隙のマップを得
るためには時間浪費的な測定点ごとの測定を行う必要も
ある。今のところ、反射光のスペクトル強度を測定する
ための市販入手可能な分光光度機器を使用して確実に測
定し得る最小間隙は90ナノメーターである。A major drawback of the above method is that the calibration curve is flat near its minimum and maximum points and the accuracy of the measurement is significantly reduced and inaccurate. Such inaccuracies occur especially when the gap between the head and the disc is close to 1/4 of the wavelength of light. In addition, commercially available devices cannot simultaneously obtain measurements at several point locations on the magnetic head, and are therefore time consuming to obtain a map of the gap between surfaces. It is also necessary to perform measurement for each measurement point. At present, the minimum gap that can be reliably measured using commercially available spectrophotometers for measuring the spectral intensity of the reflected light is 90 nanometers.
物体間の間隙を測定するために使用される別の光学的
方法は、漏れ内部全反射として知られる現象に基づくも
のである。内部全反射は、電磁波、例えば光線が２つの
媒体間のインターフェースに斜め方向から入射する時に
観察される。２つの媒体の、より高密度の側から発せら
れた光線の入射角度が、Brewster角度として知られる或
る臨界値を越えると全ての放射エネルギーは反射され、
その発生源であるところの媒体中に戻る。Another optical method used to measure the gap between objects is based on a phenomenon known as leaky total internal reflection. Total internal reflection is observed when electromagnetic waves, for example light rays, are obliquely incident on the interface between the two media. If the angle of incidence of light rays emitted from the denser sides of the two media exceeds a certain critical value known as the Brewster angle, all radiant energy will be reflected,
Return to the medium where it originated.
第２の媒体が薄膜の形態を有し、この第２の媒体に更
に高密度の第３の媒体が続く場合、入射光の一部分はBr
ewster角度に拘らず薄膜を貫き、第３の媒体内に伝搬す
る。この現象は漏れ内部反射として知られるものであ
り、“フォトントンネリング”としても知られている。
この場合、反射して第１の媒体内に戻る光の小部分、の
みならず薄膜を通して伝搬される小部分は、部分的には
光の波長に対する第２の媒体の厚さの比から、また部分
的には第３の媒体の複素屈折率から、そして入射する光
線の偏光によっても決まってくる。If the second medium is in the form of a thin film and this second medium is followed by a third medium of higher density, a portion of the incident light will be Br
It penetrates the thin film regardless of the ewster angle and propagates in the third medium. This phenomenon is known as leak internal reflection and is also known as "photon tunneling".
In this case, a small portion of the light reflected back into the first medium, as well as a small portion propagated through the thin film, is partially due to the ratio of the thickness of the second medium to the wavelength of the light, and It is determined in part by the complex refractive index of the third medium and also by the polarization of the incident light beam.
静置したガラス面と別の表面との間の距離を、ガラス
面からの漏れ内部全反射現象を用いて決定する装置が米
国特許第4,681,451号に記載される。この装置は磁気ヘ
ッドと磁気記録媒体との間の間隙を決定するために使用
される。機構的には、従来の磁気ヘッドに代えてガラス
ブロックが使用され、媒体、例えば磁気ディスクが、或
る表面とガラスブロックの表面との間に間隙を確立する
ことに付随する空力特性を発現させるための運動状態に
セットされ得る。An apparatus for determining the distance between a stationary glass surface and another surface using the phenomenon of total internal reflection from the glass surface is described in US Pat. No. 4,681,451. This device is used to determine a gap between a magnetic head and a magnetic recording medium. Mechanically, a glass block is used instead of a conventional magnetic head, and the medium, such as a magnetic disk, develops the aerodynamic properties associated with establishing a gap between a surface and the surface of the glass block. Can be set to the exercise state.
間隙をイメージ化するこの装置の主たる欠点は、磁気
ヘッド製造業者或は消費者が品質管理の目的上知りたい
実際の磁気ヘッドの動的挙動を試験することや、浮揚高
を測定することができない点である。ガラス製の、複製
の磁気ヘッドを用いることでディスクドライブ内部の幾
つかの状況をシミュレートすることができたとしても、
この方法で得られる結果は不正確である。加えて、ガラ
ス製のヘッドに固定した繊維光学アタッチメントが、デ
ィスク／ヘッド系の空力特性を変化させる。この装置で
必要とされる光学システムはかなりの大きさと質量とを
有するので、この装置を使用して小さい設計形状の浮揚
する磁気ヘッドを試験することは出来ないし、ばねで取
り付けた重さ僅か数グラムの実際の磁気ヘッドの動力学
を明らかにすることもできない。The main drawback of this device for imaging gaps is that they cannot test the dynamic behavior of the actual magnetic head that the magnetic head manufacturer or consumer wants to know for quality control purposes, and cannot measure the flying height. Is a point. Even if we were able to simulate some conditions inside the disk drive by using a duplicate magnetic head made of glass,
The results obtained with this method are inaccurate. In addition, a fiber optic attachment fixed to the glass head changes the aerodynamic characteristics of the disk / head system. Due to the considerable size and mass of the optical system required by this device, it is not possible to use this device to test floating magnetic heads of small design and only a few spring mounted weights. Nor can it reveal the dynamics of the actual magnetic head in grams.
米国特許第5,257,093号に記載されるこの装置の別バ
ージョンでは、回転するガラス面と別の表面との間の距
離を漏れ内部反射を使用して決定している。ここでは装
置は、実物の磁気ヘッドと、一対のガラスレンズにより
表される磁気記録媒体の代用物との間の間隙を決定する
ために使用される。機構的には、従来の磁気ヘッドと、
透明媒体、例えば、外側面が平らなガラスレンズとが、
このガラスレンズの表面と磁気ヘッドとの間に、実際の
使用時に類似する状況での間隙を確立することに付随す
る空力特性を生じさせるための運動状況にセットされ得
る。In another version of this device described in US Pat. No. 5,257,093, the distance between the rotating glass surface and another surface is determined using leaky internal reflection. Here, the device is used to determine the gap between a real magnetic head and a magnetic recording medium substitute represented by a pair of glass lenses. Mechanically, the conventional magnetic head,
A transparent medium, for example, a glass lens having a flat outer surface,
Motion conditions can be set to produce aerodynamic characteristics associated with establishing a gap in a similar situation during actual use between the glass lens surface and the magnetic head.
この装置では２枚のレンズと２つのプリズムを用いて
放射エネルギーを漏れ内部全反射を受ける表面内に結合
し、磁気ヘッドまでの距離を決定するために光の損失分
を測定するに先立って光の損失を生じさせた内部反射を
観察する必要がある。使用するレンズは、物理的に大き
く且つ重く、一方のレンズの表面に取り付けた正確に整
合されたプリズムのための必要上、ずっと複雑なものと
なっている。毎分数千回転での相対運動に耐えるため
に、これらのレンズは厳しい許容誤差のもとに作製せね
ばならず、また、動作中に破壊されることを考慮して丈
夫なハウジングに収納する必要もある。このように、こ
の装置はコスト高であり、複雑でありしかもその有益性
は限られている。This device uses two lenses and two prisms to couple radiant energy into the surface subject to leaking total internal reflection and to measure the light loss prior to measuring the light loss to determine the distance to the magnetic head. It is necessary to observe the internal reflection that caused the loss. The lenses used are physically large and heavy, making them much more complex due to the need for precisely aligned prisms mounted on the surface of one lens. In order to withstand relative movements at thousands of revolutions per minute, these lenses must be made with tight tolerances and housed in a sturdy housing to allow for damage during operation. You also need. Thus, the device is costly, complex and has limited utility.
上述の欠点を解決する、ナノメーターでの距離を測定
するための装置を提供することであり、 回転するディスクに関する変換用のヘッドの位置を決
定するための改良された装置を提供することであり、 回転するディスクに関する変換用のヘッドの方位を決
定するための改良された装置を提供することである。It is an object of the present invention to provide a device for measuring distances in nanometers, which solves the above-mentioned disadvantages, and to provide an improved device for determining the position of a transducing head with respect to a rotating disk. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved apparatus for determining the orientation of a transducing head with respect to a rotating disk.
また他には、開発、製造、そして品質管理の目的のた
めの、実際の磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙
動を試験することのできる装置を提供することである。
本発明による装置はシンプルであり、丈夫であり、可動
部分も少なく、製造費用は比較的安価である。Another object is to provide an apparatus that can measure the flying height of an actual magnetic head and test its dynamic behavior for development, manufacturing, and quality control purposes.
The device according to the invention is simple, robust, has few moving parts and is relatively inexpensive to manufacture.
本発明によれば、回転するディスクに関する変換用の
ヘッドの位置及び或は方位を決定するための装置が提供
される。本発明の機能は、２つの表面が相互に極めて接
近している状況下に起こり得るフォトントンネリング現
象に基づくものである。詳しくは、本発明においては、
磁気記憶媒体の代用物のような透明材料の第１の表面
と、変換用のヘッドのような第２の表面との間の小間隙
を横断するフォトンのトンネリングが観察される。透明
材料の第１の表面は、第２の表面に極めて接近する表面
位置にエバネッセント電磁界が出現するように発光を受
ける。フォトンのトンネリングが生じるところのこのエ
バネッセント電磁界の強さは、発光を受ける第１の表面
と第２の表面との間の間隙により決定され、距離と共に
指数関数的に減衰する。本装置によれば、エバネッセン
ト電磁界の波長の3/4未満の距離を測定することができ
る。バックグラウンド強度に対する、トンネリングする
フォトン流束の強度を比較することにより、２つの表面
間の間隙の直接的で正確な且つ再現性のある測定値が求
められる。According to the present invention, there is provided an apparatus for determining the position and / or orientation of a transducing head with respect to a rotating disk. The function of the present invention is based on the photon tunneling phenomenon that can occur in situations where the two surfaces are very close to each other. Specifically, in the present invention,
Tunneling of photons across a small gap between a first surface of a transparent material, such as a proxy for a magnetic storage medium, and a second surface, such as a transducing head, is observed. The first surface of the transparent material receives light emission such that an evanescent electromagnetic field appears at a surface location that is very close to the second surface. The strength of this evanescent field, where photon tunneling occurs, is determined by the gap between the first and second surfaces receiving the light emission and decays exponentially with distance. According to this device, it is possible to measure a distance of less than 3/4 of the wavelength of the evanescent electromagnetic field. Comparing the intensity of the tunneling photon flux to the background intensity provides a direct, accurate and reproducible measure of the gap between the two surfaces.
本発明の距離測定のための装置は時間的な帯域幅が非
常に大きく、エバネッセント電磁界に現れる電磁流束量
と、トンネリングを生じるフォトンのための検出器の電
子光学的速度及び感度とによる限界があるのみである。
高速型のシリコンフォトダイオード検出器を使用すれ
ば、この帯域幅を数十メガヘルツを上回らせることもで
きる。かくして、本発明は磁気記録ディスクと類似する
表面に近接する磁気記録用の変換器の動的特性を決定す
る上で有益なものとなり得る。The device for distance measurement according to the invention has a very large temporal bandwidth and is limited by the amount of electromagnetic flux appearing in the evanescent field and the electro-optical speed and sensitivity of the detector for photons causing tunneling. There is only.
Using a fast silicon photodiode detector, this bandwidth can be exceeded by tens of megahertz. Thus, the present invention can be useful in determining the dynamic characteristics of a transducer for magnetic recording close to a surface similar to a magnetic recording disk.
現在のデータ記憶用途の場合、トランスデューサーは
磁気記録用のヘッド或は単に“読み書き用ヘッド”とも
参照され、ばねにより、磁気記録用ディスク或は単に
“磁気ディスク”に向けて数百ミリグラムから数グラム
の力で負荷される。In current data storage applications, transducers are also referred to as magnetic recording heads or simply "read / write heads", with springs leading from a few hundred milligrams to a magnetic recording disk or simply "magnetic disk". Loaded with gram force.
磁気ディスクと読み書き用ヘッドとの相対運動が十分
に高速になると、ヘッドは空気のクッションによりディ
スクから離れて支持されるようになる。この時ヘッドは
浮揚状態にあると言い、ヘッドとディスクとの間の距離
は浮揚高さとして参照される。When the relative movement between the magnetic disk and the read / write head becomes sufficiently high, the head is supported by the air cushion away from the disk. At this time, the head is said to be in a floating state, and the distance between the head and the disk is referred to as the flying height.
数多くの因子がヘッド／ディスクシステムの空気力学
に影響を及ぼす。それらの因子には、ヘッドの形状、ヘ
ッド及びディスクの表面の平坦性、ディスク半径に関す
るディスクの波打ち、そしてヘッドの角度、が含まれ
る。これらの因子の幾つか、例えばディスク半径に関す
るヘッドの角度或は“スキュー角度”は、使用中に変化
する。ヘッドは、境界を越える回転軸線での幾つかの同
時的な運動を含む複雑な空気力学的挙動を示す。本発明
の装置によれば、特定設計形状のヘッドの浮揚高さ及び
浮揚特性を観察、監視、そして計測することができる
が、こうした浮揚高さ及び浮揚特性は、この特定設計形
状のヘッドの製造中に装置の性能を試験し評価する上で
先ず重要なものである。Numerous factors affect the aerodynamics of the head / disk system. These factors include the shape of the head, the flatness of the surface of the head and the disk, the undulation of the disk with respect to the disk radius, and the angle of the head. Some of these factors, such as the head angle or "skew angle" with respect to the disk radius, change during use. The head exhibits complex aerodynamic behavior including several simultaneous movements in the axis of rotation beyond the boundary. According to the apparatus of the present invention, it is possible to observe, monitor, and measure the flying height and the flying characteristics of a head having a specific design shape. This is of primary importance in testing and evaluating the performance of the device during operation.
１形態において、本発明は磁気変換用のヘッドの特性
を決定するための装置であり、ヘッドには、少なくとも
１つの参照点を有する参照面が含まれる。In one aspect, the invention is an apparatus for determining a characteristic of a head for magnetic transduction, the head including a reference surface having at least one reference point.
実質的に透明で剛性のディスクが、予め決定された屈
折率により特徴付けられる流体環境内に配置される。デ
ィスクは、平坦且つ円形の第１の表面と平坦且つ円形の
第２の表面との間を伸延し且つ外側周囲側面内に存在す
る内側領域を有している。第１の表面と第２の表面とは
平行であり、また、これらの表面と直交する中心軸線に
関して同中心を有している。ディスクの内側領域は、流
体環境の予め決定された屈折率よりも屈折率が大きいこ
とにより特徴付けられる。A substantially transparent, rigid disk is placed in a fluid environment characterized by a predetermined refractive index. The disk has an inner region extending between a flat and circular first surface and a flat and circular second surface and present in an outer peripheral side surface. The first and second surfaces are parallel and concentric with respect to a central axis orthogonal to the surfaces. The inner region of the disk is characterized by a higher refractive index than the predetermined refractive index of the fluid environment.
記録用のヘッドはその表面をディスクに相対する状態
で位置決めされ、少なくとも部分的に、中心軸線の方向
に伸延する偏倚軸線に沿って、ディスクに向けて偏倚さ
れる。ディスクドライバが、ヘッドの参照面と第１の表
面との間の空気の相対流れに応じて、このヘッドの参照
面が、回転するディスクの第１の表面から離間するよう
中心軸線を中心としてディスクを回転させるようになっ
ている。The recording head is positioned with its surface facing the disk and is biased toward the disk at least partially along a bias axis extending in the direction of the central axis. A disk driver is responsive to the relative flow of air between the reference surface of the head and the first surface to cause the reference surface of the head to move away from the first surface of the rotating disk. Is to be rotated.
発光アセンブリーが、ディスクの内側領域内に、この
ディスクの第１の表面と第２の表面とに関する光の実質
的な内部全反射が確立されるような角度でディスク内に
光を放射する。ディスクの第２の表面に相対して検出器
アセンブリーが配置される。検出器アセンブリーはディ
スクの内側領域の、ヘッドの参照面上の参照点位置での
光の強さを検出し、検出した光の強度を表す強度信号を
発生する。幾つかの実施例では、検出器はディスクの内
側領域の、ヘッドの参照面上の３つの参照点に相対する
点位置での光の強度を検出し、検出した強度を表す信号
を発生し、この信号から、ディスクの第１の表面に関す
る参照面の位置及び方位が決定される。A light emitting assembly emits light into the disk at an angle within an inner region of the disk such that substantial total internal reflection of light with respect to a first surface and a second surface of the disk is established. A detector assembly is positioned opposite the second surface of the disk. The detector assembly detects the light intensity at the reference point on the reference surface of the head in the inner area of the disk and generates an intensity signal representing the detected light intensity. In some embodiments, the detector detects the intensity of light at a point in the inner region of the disk, relative to three reference points on the reference surface of the head, and generates a signal representative of the detected intensity. From this signal, the position and orientation of the reference surface with respect to the first surface of the disk is determined.
本発明によれば、磁気読み出し／書き込み用のヘッド
の迅速で正確な、しかも再現性のある、浮揚高さの測定
並びに空力的試験を実施することが可能となる。本発明
では、所定設計形状のヘッドの浮揚高さ及び空力特性
は、ヘッドの表面とディスクの表面との間の間隙内に観
察される限定数のサンプル点に対応する光の強度を測定
することにより正確に決定することができる。点が３つ
あれば平面が描けることから、ヘッドの動力学は、ヘッ
ドの３つの各参照点で測定した光の強度から与えられ
る、３つの参照点とディスクとの間の距離の測定値から
容易に決定される。According to the present invention, it is possible to perform a flying height measurement and aerodynamic test of a magnetic read / write head quickly and accurately and reproducibly. In the present invention, the flying height and aerodynamic characteristics of a head having a predetermined design shape are obtained by measuring the light intensity corresponding to a limited number of sample points observed in a gap between the surface of the head and the surface of the disk. Can be determined more accurately. Since the plane can be drawn with three points, the dynamics of the head is determined from the measurement of the distance between the three reference points and the disk, given from the light intensity measured at each of the three reference points on the head. It is easily determined.
本発明は、磁気読み出し／書き込み用のヘッドの浮揚
高さ試験のための電子光学システム、磁気読み出し／書
き込み用のヘッドの空力学的測定値、試験及び測定ソフ
トウェア、測定上必要とされる浮揚高さ測定ディスクに
して、ディスクと一体の浮揚高さ較正手段を含む測定デ
ィスク及びその他の補助光学システム、そして、浮揚高
さテスターと一体の較正部品、を画定するためにも使用
することができる。本発明の、装置の幾何形状及び設計
の変更例としての追加的な実施例には、その他の光学イ
メージシステムや発光手段が含まれる。本発明の基本概
念は数多くの形状において保護され得る。The present invention relates to an electro-optical system for testing the flying height of a magnetic read / write head, aerodynamic measurements of a magnetic read / write head, test and measurement software, the flying height required for measurement. The measuring disk can also be used to define a measuring disk and other auxiliary optical systems that include flying height calibration means integral with the disk, and calibration components integral with the flying height tester. Additional embodiments of the present invention as modifications of the device geometry and design include other optical imaging systems and light emitting means. The basic concept of the invention can be protected in a number of forms.
図１は、本発明を具体化した測定システムの斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view of a measurement system embodying the present invention.
図２は、図１のシステムの断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the system of FIG.
図3Aは、図１のシステムのための例示的なヘッドの斜
視図である。FIG. 3A is a perspective view of an exemplary head for the system of FIG.
図3Bは、図3Aを下側から見た平面図である。 FIG. 3B is a plan view of FIG. 3A as viewed from below.
図４は、別態様での本発明の断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the present invention in another aspect.
図5Aは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
溝を有している例示的なディスクの断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view of an exemplary disc having a calibration area according to the present invention, wherein the calibration area has a groove.
図5Bは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
充填された溝を有している例示的なディスクの断面図で
ある。FIG. 5B is a cross-sectional view of an exemplary disc having a calibration area according to the present invention, wherein the calibration area has a filled groove.
図5Cは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
隆起部を有している例示的なディスクの断面図である。FIG. 5C is a cross-sectional view of an exemplary disk having a calibration area according to the present invention, wherein the calibration area has a ridge.
図5Dは、本発明に従う較正領域を有し、該較正領域が
平坦化された隆起部を有している例示的なディスクの断
面図である。FIG. 5D is a cross-sectional view of an exemplary disk having a calibration area according to the present invention, wherein the calibration area has a flattened ridge.
図5Eは、本発明に従う較正領域を有する例示的なディ
スクの半径方向線を示す平面図である。FIG. 5E is a plan view illustrating a radial line of an exemplary disc having a calibration area according to the present invention.
図5Fは、本発明に従う較正領域を有する例示的なディ
スクの一様なドットパターンを示す平面図である。FIG. 5F is a plan view illustrating a uniform dot pattern of an exemplary disc having a calibration area according to the present invention.
図１及び図２には本発明を具体化した測定システム10
が例示される。測定システム10は、ディスクアセンブリ
ー12と、発光アセブリー14と、ヘッド／検出器アセンブ
リー16とを含んでいる。ディスクアセンブリー12は流体
環境内に存在する。流体環境は好ましくはガス状、例え
ば空気であるが、或はまた、液体或はディスク上の液体
コーティング及び気体状のその他のものであり得る。流
体環境は予め決定された屈折率（IR）により特徴付けら
れる。流体環境が空気である場合、IRは約1.000に等し
い。1 and 2 show a measurement system 10 embodying the present invention.
Is exemplified. The measurement system 10 includes a disk assembly 12, a light emitting assembly 14, and a head / detector assembly 16. Disc assembly 12 resides in a fluid environment. The fluid environment is preferably gaseous, for example air, but can also be liquid or liquid coating on a disc and others in gaseous form. The fluid environment is characterized by a predetermined refractive index (IR). If the fluid environment is air, the IR is equal to about 1.000.
ディスクアセンブリー12は中心軸線22を中心として回
転するようになっている光伝達性のディスク20を含む。
ディスク20は、実質的に平坦な上方円形表面20Aと、実
質的に平坦な下方円形表面20Bとの間を中心軸線22に沿
って伸延し、外側周囲側面20Cにより半径方向を境界付
けられ、これらの各平面の内部に内側領域を画定する。
好ましい実施例ではディスク20は、従来のディスクメモ
リーシステムで使用するそれと類似の、しかし磁気材料
の薄膜コーティングを有さない構造形式及び寸法形状を
有し、以って、メモリーディスクの類似物を形成するガ
ラスから作製するのが好ましい。外側周囲側面20Cは、
この外側周囲側面20Cを貫いてのディスク20の内側領域
への光の放射を効率化させるために45度の角度で研磨さ
れている。Disc assembly 12 includes a light transmissive disc 20 adapted to rotate about a central axis 22.
The disk 20 extends along a central axis 22 between a substantially flat upper circular surface 20A and a substantially flat lower circular surface 20B and is radially bounded by an outer peripheral side surface 20C. Define an inner region within each plane of
In the preferred embodiment, disk 20 has a structural form and dimensions similar to those used in conventional disk memory systems, but without a thin film coating of magnetic material, thus forming an analog of a memory disk. It is preferred to make it from a glass that does. The outer peripheral side surface 20C is
It is polished at an angle of 45 degrees to increase the efficiency of light emission to the inner region of the disc 20 through the outer peripheral side surface 20C.
ディスク20は、中心軸線20に沿って伸延するスピンド
ル32によりＺ軸駆動モーター30に連結される。駆動コン
トローラー34が、Ｚ軸駆動モーター30による、中心軸線
22を中心とするディスク20の回転を制御するために選択
的に作動される。The disk 20 is connected to a Z-axis drive motor 30 by a spindle 32 extending along the central axis 20. Drive controller 34 is driven by Z-axis drive motor 30 for center axis
It is selectively activated to control the rotation of disk 20 about 22.
発光アセンブリー14は、光源40と、関連する電源42
と、レンズ43と、偏光フィルター44とを含む。光源40
は、白熱灯、レーザー、或は発光ダイオードとすること
ができる。例示した実施例では偏光フィルター44は、上
方円形表面20A及び下方円形表面20Bと直交する軸線に沿
って直線偏光のみを外側周囲側面20Cに向けて通過させ
るように配列されそれにより、比較的良好な信号対騒音
比性能を提供する。別態様では偏光フィルター44を省略
することができるが、信号対騒音比性能は低下する。The light emitting assembly 14 includes a light source 40 and an associated power source 42.
And a lens 43 and a polarizing filter 44. Light source 40
Can be an incandescent lamp, a laser, or a light emitting diode. In the illustrated embodiment, the polarizing filter 44 is arranged to pass only linearly polarized light toward the outer peripheral side surface 20C along an axis orthogonal to the upper and lower circular surfaces 20A and 20B, thereby providing a relatively good surface. Provides signal-to-noise ratio performance. Alternatively, the polarizing filter 44 can be omitted, but signal-to-noise ratio performance is degraded.
光源40は集光用のレンズ43を含む。レンズ43は、ディ
スクの外側周囲側面20Cに向けて光を、この外側周囲側
面20Cへの入射光がディスクの内側領域に入り込み、外
側周囲側面20Cを、ディスク20及び流体環境の屈折率を
考慮に入れた、上方円形表面20A及び下方円形表面20Bに
関する内部全反射が生じるような所定角度で通過する角
度で放射する。The light source 40 includes a focusing lens 43. The lens 43 directs light toward the outer peripheral side surface 20C of the disk, and the light incident on the outer peripheral side surface 20C enters the inner region of the disk, and the outer peripheral side surface 20C takes into account the refractive index of the disk 20 and the fluid environment. Emit at an angle that passes at a predetermined angle such that total internal reflection occurs for the included upper and lower circular surfaces 20A and 20B.
光源40には、光を、ガラス製のディスクと空気とのイ
ンターフェース位置に存在するエバネッセント電磁界に
結合させるためのファイバーオプティクス、単数或は複
数のプリズム、回析格子を使用することもできる。色々
の薄膜コーティングをディスクに塗布し、エッジ放射効
果を向上させると共に、検出された、トンネリングした
フォトンの信号対騒音比を増長させることができる。デ
ィスクのコーティング及び或はガラス製ディスクの表面
の、溝、ひっかき傷、ピット、突起、その他の印を、以
下に説明するように較正手段として使用することができ
る。The light source 40 may use fiber optics, one or more prisms, or a diffraction grating to couple the light into an evanescent electromagnetic field present at the interface between the glass disk and air. Various thin film coatings can be applied to the disc to enhance the edge emission effect and increase the signal to noise ratio of the detected, tunneled photons. Grooves, scratches, pits, protrusions, and other indicia on the disk coating and / or the surface of the glass disk can be used as calibration means, as described below.
ヘッド／検出器アセンブリー16は、上方円形表面20A
の上方に配置したヘッド部分50と検出器部分52とを含
む。ヘッド部分と検出器部分52とはコネクターバー56で
しっかりと連結され、一体構造物を形成する。一体構造
物は、この一体構造物を中心軸線22を横断するＸ線に沿
って選択的に移動させるようになっているＸ軸駆動モー
ター60に連結され、また、中心軸線22及びＸ軸と直交す
るＹ軸に沿って選択的に移動させるようになっているＹ
軸駆動モーター62にも連結される。The head / detector assembly 16 has an upper circular surface 20A
A head portion 50 and a detector portion 52 disposed above the head portion. The head portion and the detector portion 52 are firmly connected by a connector bar 56, forming an integral structure. The unitary structure is coupled to an X-axis drive motor 60 adapted to selectively move the unitary structure along an X-ray transverse to the central axis 22 and is orthogonal to the central axis 22 and the X-axis. Y that is selectively moved along the Y axis
The shaft drive motor 62 is also connected.
ヘッド部分50は、カップリングアセンブリー72及び剛
性アーム74によりコネクタバー56に直列状態に連結され
たヘッド70を含む。以下に詳細を説明するように、この
カップリングアセンブリー72は全体的にたわみ性を有
し、ヘッド70の、垂直軸ZLに沿った直線運動と垂直軸ZL
を中心とする回転とを可能とし、またヘッド70の、垂直
軸ZLと直交するXL軸及びYL軸とを中心とする回転をも可
能とする。本発明の好ましい形態においては、モーター
76が、垂直軸ZLに沿ったヘッド70の角度を、ディスク20
に関する所望のスキュー角度が得られるように選択的に
制御するようになっている。The head portion 50 includes a head 70 connected in series to the connector bar 56 by a coupling assembly 72 and a rigid arm 74. As will be described in detail below, the coupling assembly 72 includes a generally flexible, the head 70, linear motion and vertical along the vertical axis Z L Z L
Was allow rotation and centered, also of the head 70, also allow rotation about the X L-axis and Y L axis orthogonal to the vertical axis Z L. In a preferred embodiment of the present invention, the motor
76, the angle of the head 70 along the vertical axis Z L, the disk 20
Is selectively controlled so that a desired skew angle can be obtained.
この、モーターによる選択的な制御は全て、例えばプ
ログラムされたデジタルコンピューターであり得るコン
トローラー180の制御下に実現される。この構成を使用
してヘッド70を、上方円形表面20Aの任意の所望部分上
に位置決めすることができるようにＸ−Ｙ平面内で選択
的に駆動させ、ディスク20に関してスキューさせること
ができる。All of this selective control by the motor is realized under the control of a controller 180, which can be, for example, a programmed digital computer. Using this configuration, the head 70 can be selectively driven in the XY plane and skewed with respect to the disk 20 so that it can be positioned over any desired portion of the upper circular surface 20A.
検出器部分52は、アーム85によりコネクターバー56に
連結された検出器84を含む。この連結により検出器84
は、ディスク20の下方円形表面20Bに相対し且つ常にヘ
ッド部分50のヘッド70の下側となる。The detector portion 52 includes a detector 84 connected to the connector bar 56 by an arm 85. With this connection, the detector 84
Is always below the head 70 of the head portion 50, relative to the lower circular surface 20B of the disk 20.
ヘッド70の１例の詳細が図3Aに示される。ヘッド70は
その一端に電磁コイル92と、YL軸に沿って伸延する矩形
の平行パイプ形のトランスデューサーブロック90と、そ
の下側、即ちディスクの上方円形表面20Aと最も近い下
側の軸線の方向に伸延する２つの浮揚レール、即ちスラ
イダー94、96とを含む。例示したヘッド70は例示的なも
のに過ぎないものであって、実際には、空力的に特に設
計された形状と共にその他の形状のヘッドを使用するこ
とができる。カップリングアセンブリー72は、例えばヘ
ッド70を、有効なばね力を使用して、所望の運動範囲を
垂直軸ZLに沿って上方円形表面20Aに向けて偏倚させる
一方で、ヘッド70の、垂直軸ZLに沿った僅かな直線方向
運動のみならず、XL軸及びYL軸を中心とする僅かな回転
運動を可能とする加圧空気ピストン／シリンダーアセン
ブリーとすることができる。図3Bには、ヘッド70を下側
から見た平面図が例示され、参照点P1、P2、P3がスライ
ダー94、96の最も下側の面上に例示されている。参照点
P1、P2、P3はヘッド70の、Ｘ軸及びＹ軸の平面、そして
結局は上方円形表面20Aの平面に関する方位を表す参照
平面を画定する。Details of one example of the head 70 are shown in FIG. 3A. The head 70 and the electromagnetic coil 92 at one end and a transducer block 90 of parallelepiped-shaped rectangle extending along the Y L axis, the lower side, that the upper circular surface 20A closest lower axis of the disc It includes two levitating rails extending in the direction, namely sliders 94 and 96. The illustrated head 70 is merely exemplary, and in fact other heads may be used with aerodynamically specially designed shapes. The coupling assembly 72, for example, biases the head 70 using the effective spring force to move the desired range of motion along the vertical axis Z L toward the upper circular surface 20A while the head 70 There can be a pressurized air piston / cylinder assembly that allows for a slight rotational movement about the X L and Y L axes, as well as a slight linear movement along the axis Z L. FIG. 3B is a plan view of the head 70 viewed from below, and reference points P1, P2, and P3 are illustrated on the lowermost surfaces of the sliders 94 and 96. Reference point
P1, P2, P3 define a reference plane representing the orientation of the head 70 with respect to the plane of the X and Y axes, and ultimately the plane of the upper circular surface 20A.
検出器84は図２に概略例示される。検出器84は、垂直
軸ZLを中心とするヘッド70の回転運動を追随するよう、
モーター76に連結される。検出器84は、レンズ86、88
と、ビームスプリッター95と、第１の検出器列98及び第
２の検出器列99とを含む。ビームスプリッター95は下方
円形表面20Bに相対して且つヘッド70の下側に位置決め
され、下方円形表面20Bからの垂直軸ZLの方向での光線
を、その一部が検出器列98に入り、他の部分が検出器列
99に入るように分割する。例示した実施例では、検出器
列99はヘッド70の最下方面の形状に相当する矩形のCCD
列である。これにより結局、検出器列99は、ヘッド70全
体の下方位置での、ディスク20の内側領域から伝搬され
る光を表す信号を提供し、かくして、前記下方位置のイ
メージを提供する。検出器列98は、参照点P1、P2、P3に
相当する位置に光学的に相対して位置決めした３つで一
組のダイオード検出器要素を含む。その結果、検出器列
98の各検出器は、前記各参照点の各１つの下方位置で
の、ディスク20の内側領域からの光を検出し、検出した
光の関心事項を表す信号を提供する。The detector 84 is schematically illustrated in FIG. Detector 84, so as to follow the rotational movement of the head 70 about the vertical axis Z L,
Connected to motor 76. The detector 84 includes lenses 86 and 88
, A beam splitter 95, a first detector row 98 and a second detector row 99. Beam splitter 95 is positioned on the lower side of and the head 70 relative to the lower circular surface 20B, the light beam in the direction of a vertical axis Z L of the lower circular surface 20B, a portion enters the detector row 98, Other parts are detector rows
Divide into 99. In the illustrated embodiment, the detector array 99 is a rectangular CCD corresponding to the shape of the lowermost surface of the head 70.
Column. This eventually results in detector row 99 providing a signal representative of the light propagating from the inner region of disk 20 at a lower position across head 70, thus providing an image of the lower position. Detector array 98 includes a set of three diode detector elements optically positioned relative to positions corresponding to reference points P1, P2, P3. As a result, the detector row
Each detector at 98 detects light from the inner region of the disc 20 at a location below each one of the reference points and provides a signal representative of the interest of the detected light.
作動に際し、ヘッド70の位置及び方位が変化するに従
い、参照点P1、P2、P3から上方円形表面20Aへの距離が
変化する。この距離の変化に応じて異なる量でのフォト
ンのトンネリングが生じる（即ち、ヘッドの間隙内のエ
バネッセント電磁界でディスク20の内側領域からの光が
それるので）。結局、検出器84の側から見たヘッド70の
下方位置でのディスクの内側領域の明るさが変化する。
検出器84は、検出器列98と、検出器列99の参照点P1、P
2、P3における全体的な変化を画像化する。その結果生
じた信号がコンピューター100でプロセス処理され、検
出された光の強度の変化に基く、各参照点P1、P2、P3と
上方円形表面20Aとの間の距離が決定される。コンピュ
ーター100は、決定されたこれらの距離を使用して、デ
ィスク20の上方円形表面20Aに関するヘッド70の動的位
置及び方位を表す信号を発生する。In operation, as the position and orientation of the head 70 changes, the distance from the reference points P1, P2, P3 to the upper circular surface 20A changes. This change in distance results in different amounts of photon tunneling (i.e., light from the inner region of the disc 20 is diverted by the evanescent field in the head gap). As a result, the brightness of the inner area of the disk at a position below the head 70 as viewed from the detector 84 changes.
The detector 84 includes a detector array 98 and reference points P1 and P1 of the detector array 99.
2. Image the overall change at P3. The resulting signal is processed by the computer 100 and the distance between each reference point P1, P2, P3 and the upper circular surface 20A is determined based on the change in detected light intensity. Computer 100 uses these determined distances to generate a signal representative of the dynamic position and orientation of head 70 with respect to upper circular surface 20A of disk 20.
図４には本発明の別態様が示される。ここでのシステ
ム10′は図１及び図２のシステム10と全体的に類似した
ものであるが、ディスク20は環状であり、発光アセンブ
リー14はスピンドル32からの光をディスク20に向けて半
径方向に放射する。システム10′ではディスク20は内側
周囲表面20Dから中心軸線22を横断する方向で外側周囲
表面に伸延される。この形態において、内側周囲表面20
Dは光源20から送られる光を受けてディスク20の内側領
域内に内側全反射を生じさせるようになっている。言い
換えると、システム10′は先に説明したシステム10と同
じように作動する。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. The system 10 'here is generally similar to the system 10 of FIGS. 1 and 2, except that the disk 20 is annular and the light emitting assembly 14 directs light from the spindle 32 radially toward the disk 20. To radiate. In the system 10 ', the disc 20 extends from the inner peripheral surface 20D in a direction transverse to the central axis 22 to the outer peripheral surface. In this configuration, the inner peripheral surface 20
D receives light from the light source 20 and causes internal total reflection in the inner area of the disk 20. In other words, system 10 'operates similarly to system 10 described above.
本発明のシステム10は、自己較正ができるようにする
ことも可能である。このために、検出器部分52はディス
クの特定の較正領域の下方位置への移動を独立に調整す
ることが（即ち、ヘッド部分50を追随することなく）で
きる。ディスク20の、ディスク20の内側領域から所定量
の光が引出されるところの上方円形表面20Aには較正領
域が設けられ、この較正領域が結局、下方円形表面20B
の側から見た場合の、ヘッドの所定の間隙に相当すると
ころの明るさの低減を確立する。かくして、較正領域の
下方位置で検出器部分52を使用することにより、この検
出器部分の位置で発生した信号（下方円形表面20Bの上
側の部分からの光の強度を表す）を、関連するヘッドの
間隙値に対する参照値としてコンピューター100に記憶
させることができる。本発明に従えば、較正領域を確立
させる多くの方法が存在する。例えば、ディスク表面に
は顕微鏡的な溝、隆起部、ピット、突起、その他の印が
含まれ得る。なぜなら、これらの全ての形状部分がディ
スクの内側領域からの光を引き出すからである。The system 10 of the present invention may also allow for self-calibration. To this end, the detector section 52 can independently adjust the movement of the disc to a particular position below the calibration area (ie, without following the head section 50). A calibration area is provided on the upper circular surface 20A of the disk 20, where a predetermined amount of light is extracted from the inner area of the disk 20, and this calibration area is eventually reduced to the lower circular surface 20B.
, A brightness reduction corresponding to a predetermined gap of the head when viewed from the side is established. Thus, by using the detector portion 52 at a position below the calibration area, the signal generated at this detector portion position (representing the intensity of light from the upper portion of the lower circular surface 20B) is transmitted to the associated head. Can be stored in the computer 100 as a reference value for the gap value. In accordance with the present invention, there are many ways to establish a calibration area. For example, the disk surface may include microscopic grooves, ridges, pits, protrusions, and other indicia. This is because all these features extract light from the inner area of the disc.
仮に、これらの印の高さ或は深さが、放射される光の
波長と僅かでもそろっていると上方円形表面20Aには光
が一様に広がり、その結果、光学的な信号の強度は、そ
の位置でのエバネッセント電磁界内の光の絶対強度によ
ってのみ変化する。この位置での光の強度の減少を、較
正し、引き続き浮揚高さの測定値と比較することができ
る。If the height or depth of these markings is at least slightly aligned with the wavelength of the emitted light, the light will spread evenly on the upper circular surface 20A, so that the intensity of the optical signal will be , Only by the absolute intensity of the light in the evanescent field at that location. The decrease in light intensity at this location can be calibrated and subsequently compared to the fly height measurement.
更に、種々の実施例においては、光を引き出す能力に
実質的な影響を及ぼさないが、そうでない場合には溝、
ピット、隆起部或は突起によって生じてしまういかなる
空力的効果をも低減させる表面を確立する物質を用い
て、溝或はピットを充填し、隆起部或は突起の周囲を包
囲させることもできる。ディスク20のためのそうした較
正領域の形状例が、図5Aから図5Dには夫々、溝102、充
填された溝104、隆起部106、平坦化された隆起部108及
び109として、また図5Eから図5Fには夫々、半径方向ラ
イン110、一様なドットパターン112として示される。本
発明のこうした自己較正の特徴により、光変調、結合変
調、伝搬損失に対する自動調節が可能となる。Further, in various embodiments, the groove does not substantially affect the ability to extract light, otherwise the groove,
The grooves or pits may be filled with a substance that establishes a surface that reduces any aerodynamic effects created by the pits, ridges or protrusions, and may surround the ridges or protrusions. Examples of such calibration area geometries for the disk 20 are shown in FIGS.5A-5D as groove 102, filled groove 104, ridge 106, planarized ridges 108 and 109, respectively, and from FIG.5E. FIG. 5F shows a radial line 110 and a uniform dot pattern 112, respectively. These self-calibrating features of the present invention allow for automatic adjustment for optical modulation, coupling modulation, and propagation loss.
以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の
内で多くの変更を成し得ることを理解されたい。Although the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood that many modifications may be made within the invention.
（発明の効果） 1.構造が簡易であり、丈夫であり、可動部分も少なく、
製造費用も比較的安価であり、従来装置よりも軽量且つ
小型の、回転するディスクに関する変換用のヘッドの位
置及び或は方位を決定するための装置が提供される。(Effects of the Invention) 1. The structure is simple, durable and has few moving parts.
An apparatus for determining the position and / or orientation of a transducing head with respect to a rotating disk that is relatively inexpensive to manufacture and lighter and smaller than conventional devices is provided.
2.ナノメーターでの距離を測定するための前記装置が提
供される。2. Said device for measuring distance in nanometers is provided.
3.回転するディスクに関する変換用のヘッドの位置を決
定するための改良された前記装置が提供される。3. An improved apparatus for determining the position of a transducing head with respect to a rotating disk is provided.
4.回転するディスクに関する変換用のヘッドの方位を決
定するための改良された前記装置が提供される。4. An improved device for determining the orientation of a transducing head with respect to a rotating disk is provided.
5.開発、製造、そして品質管理の目的のための、実際の
磁気ヘッドの浮揚高さを測定し且つ動的挙動を試験する
ことのできる前記装置が提供される。5. Provided is an apparatus for measuring the flying height of an actual magnetic head and testing dynamic behavior for development, manufacturing and quality control purposes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガジック，ネイハム アメリカ合衆国 94306 カリフォルニ ア，パロアルトー，オールド アドービ ロード 4183 (72)発明者 フレドキン，エドワード アメリカ合衆国 02146 マサチューセ ッツ，ブルックライン，ヒズロップ ロ ード 166 (56)参考文献 特開 昭62−20124（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−227277（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−31387（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−274836（ＪＰ，Ａ) 米国特許5257093（ＵＳ，Ａ) 米国特許3695767（ＵＳ，Ａ) 米国特許3759618（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 21/21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Gazik, Neyham United States 94306 California, Palo Alto, Old Adobie Road 4183 (72) Inventor Fredkin, Edward United States 02146 Massachusetts, Brookline, Hislop Road 166 (56 References JP-A-62-20124 (JP, A) JP-A-6-82211 (JP, A) JP-A-61-227277 (JP, A) JP-A-2-31387 (JP, A) 5-274836 (JP, A) U.S. Pat. No. 5,259,093 (US, A) U.S. Pat. No. 3,956,767 (US, A) U.S. Pat. No. 3,759,618 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G11B 21 /twenty one
Claims (26)
含む磁気変換用のヘッドの特性を決定するための装置で
あって、 A.予め決定された屈折率により特徴付けられる流体環境
と、 B.該流体環境内に配置され、平坦且つ円形の第１の表面
と平坦且つ円形の第２の表面との間で、且つ外側周囲側
面の内側を伸延し、第１の表面及び第２の表面が、これ
ら第１の表面及び第２の表面を横断する中心軸線に関し
て平行であり且つ同中心を有し、内側領域が流体環境の
予め決定された屈折率よりも大きい屈折率により特徴付
けられる実質的に透明な剛性のディスクと、 C.磁気変換用のヘッドの参照面をディスクの第１の表面
に相対して位置決めするための位置決め手段にして、前
記中心軸線の方向に少なくとも部分的に伸延する偏倚軸
線に沿って磁気変換用のヘッドをディスクに向けて偏倚
させるための偏倚手段を含んでいる位置決め手段と D.駆動体にして、ディスクを中心軸線を中心として回転
させるための手段を含むそれにより、ヘッドの参照面と
ディスクの第１の表面との間での流体の相対流れに応じ
て、回転するディスクの第１の表面から参照面が離間す
る駆動体と、 E.発光アセンブリーにして、光源と、該光源からの光を
ディスクの第１の表面及び第２の表面に関する或る角度
でディスク内に入射するための手段を含みそれにより、
ディスクの内側領域の内部に、入射された光の実質的な
内側全反射が確立される発光アセンブリーと、 F.ディスクの第２の表面と相対して配置された検出器ア
センブリーにして、磁気変換用のヘッドの参照面上の少
なくとも１つの参照点と相対する点位置でのディスクの
内側領域の内部の光の強度を検出し、検出した光の強度
を表す強度信号を発生するための検出器手段を含み、該
検出器手段及び磁気変換用のヘッドが、ディスクの第１
の表面及び第２の表面と直交する検出用の軸線に沿って
整列されている検出器アセンブリーと、 を含む装置。An apparatus for determining characteristics of a magnetic transducing head including a reference surface having at least one reference point, comprising: A. a fluid environment characterized by a predetermined refractive index; A first surface and a second surface disposed within the fluid environment and extending between the flat and circular first surface and the flat and circular second surface and inside the outer peripheral side surface; Are parallel and concentric with respect to a central axis transverse to the first and second surfaces, the inner region being characterized by a refractive index greater than a predetermined refractive index of the fluid environment. A transparent rigid disk; and C. positioning means for positioning the reference surface of the magnetic transducer head relative to the first surface of the disk, at least partially extending in the direction of the central axis. Magnetic along the bias axis D. positioning means including biasing means for biasing the replacement head toward the disk; and D. driving means for rotating the disk about a central axis thereby providing a reference surface for the head. A driver having a reference surface spaced from the first surface of the rotating disk in response to a relative flow of fluid between the light source and the first surface of the disk; Means for impinging light from the disc into the disc at an angle with respect to the first and second surfaces of the disc, thereby comprising:
A light emitting assembly in which substantial internal total reflection of incident light is established within an inner area of the disk; and F. a detector assembly disposed opposite the second surface of the disk, the magnetic conversion comprising: For detecting the intensity of light inside the inner area of the disc at a point position opposite to at least one reference point on the reference surface of the recording head, and generating an intensity signal representing the detected intensity of light. Means, wherein the detector means and the head for magnetic conversion are provided on a first disk.
A detector assembly aligned along a detection axis orthogonal to the surface of the first and second surfaces.
の第１の表面に関する距離を決定するための、検出した
光の強度を表す強度信号に応答する手段を含んでいる請
求の範囲１の装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising means responsive to an intensity signal representative of the intensity of the detected light for determining a distance of a reference surface of the head for magnetic conversion with respect to the first surface of the disk. Equipment.
面上の３つの参照点と相対する点位置でのディスクの内
側領域の光の強度を検出するための手段を含んでいる請
求の範囲１の装置。3. The detector means includes means for detecting the intensity of light in an area inside the disk at a point position opposite to three reference points on a reference surface of a magnetic conversion head. The apparatus of range 1.
の第１の表面に関する位置及び方位を決定するための、
強度信号に応答する手段を含んでいる請求の範囲１の装
置。4. A method for determining a position and an orientation of a reference surface of a head for magnetic conversion with respect to a first surface of a disk.
2. The apparatus of claim 1 including means for responding to the intensity signal.
置。5. The apparatus of claim 1, wherein the fluid environment is gaseous.
請求の範囲１の装置。6. The apparatus of claim 1, wherein the fluid environment is at least partially liquid.
面及び第２の表面に関する或る角度でディスク内に入射
された光源からの光を、ディスクの外側周囲側面を貫い
てディスクの内側領域内に結合させるための手段を含ん
でいる請求の範囲１の装置。7. A light emitting assembly for directing light from a light source incident into the disk at an angle with respect to the first and second surfaces of the disk, through an outer peripheral side surface of the disk and into an inner region of the disk. 2. The apparatus of claim 1 including means for coupling to the device.
位置決めされたフィルター手段にして、ディスクの第１
の表面及び第２の表面と実質的に直交する軸線に沿って
直線偏光のみを通過させるフィルター手段を含んでいる
請求の範囲７の装置。8. A filter means positioned between the light source and the outer peripheral side surface of the disk, the filter means comprising:
8. The apparatus of claim 7 including filter means for passing only linearly polarized light along an axis substantially orthogonal to said surface and said second surface.
側周囲側面から内側周囲側面へと伸延する請求の範囲１
の装置。9. The disk of claim 1, wherein the disk is annular and extends from an outer peripheral side to an inner peripheral side of the disk.
Equipment.
囲側面を通して入射された光をディスクの内側領域内に
結合させるための手段を含んでいる請求の範囲９の装
置。10. The apparatus of claim 9 wherein the light emitting assembly includes means for coupling light incident through the inner peripheral side surface of the disk into the inner region of the disk.
のフィルター手段にして、ディスクの第１の表面及び第
２の表面と実質的に直交する軸線に沿って直線偏光のみ
を通過させるフィルター手段を含んでいる請求の範囲10
の装置。11. A filter for passing only linearly polarized light along an axis substantially orthogonal to the first and second surfaces of the disk, as a filter means between the light source and the inner peripheral side surface of the disk. Claim 10 including means
Equipment.
置決め手段とを中心軸線に関して少なくとも部分的に半
径方向に於て共に選択的に移動させ、一方、検出器手段
を、磁気変換用のヘッドの参照面上の参照点に相対する
位置でのディスクの光の強度を検出するための位置に維
持するための手段を更に含んでいる請求の範囲１の装
置。12. A detector assembly for selectively moving the detector means and the positioning means together at least partially in a radial direction with respect to a central axis, while moving the detector means of a head for magnetic conversion. 2. The apparatus of claim 1, further comprising means for maintaining a position for detecting the light intensity of the disc at a position relative to the reference point on the reference surface.
のヘッドに隣り合う流体環境内の圧力により有効作用す
る請求の範囲１の装置。13. The apparatus of claim 1 wherein the biasing means of the positioning means is operative by pressure in a fluid environment adjacent to the magnetic transducing head.
し且つ偏倚軸線の方向で且つディスクに向う力を磁気変
換用のヘッド上に確立する請求の範囲１の装置。14. The apparatus of claim 1 wherein the biasing means of the positioning means establishes a force on the magnetic transducing head that is proportional to the distance and in the direction of the biasing axis and toward the disk.
表面の一方の上に、ディスクの内側領域からの内側反射
光の一部分を引き出すための較正手段を含んでいる請求
の範囲１の装置。15. The disk of claim 1, wherein the disk includes, on one of the first surface and the second surface, calibration means for extracting a portion of the internally reflected light from the inner region of the disk. apparatus.
一部分を引き出すための較正手段が、 ディスクの内側領域の屈折率とは異なる屈折率を有し、
ディスクの第１の表面と相対して配置され且つ第１の表
面から予め決定された距離ｄ離間されることにより特徴
付けられる較正要素を含み、検出器アセンブリーが、該
較正要素と相対する点位置でのディスクの内側領域の内
部の光の強度を検出するための手段を含んでいる請求の
範囲15の装置。16. The calibration means for extracting a portion of the internally reflected light from the inner region of the disk has a refractive index that is different from the refractive index of the inner region of the disk.
A calibration element characterized by being positioned relative to and at a predetermined distance d from the first surface of the disk, wherein the detector assembly has a point location relative to the calibration element. 16. The apparatus of claim 15, including means for detecting the intensity of light inside the inner region of the disk at the.
を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
る前記溝を使用して、ディスクの内側領域内の光の強度
を検出するための手段を含んでいる請求の範囲15の装
置。17. The calibration means includes a groove in the first surface of the disk, and the detector assembly detects light intensity in an inner region of the disk using the groove opposite the detector assembly. 16. The apparatus of claim 15, including means for performing.
ィルター材料を含み、該フィルター材料と第１の表面と
が円滑で平坦な表面を形成する請求の範囲17の装置。18. The apparatus of claim 17, including a filter material disposed within a groove within the first surface, wherein the filter material and the first surface form a smooth, flat surface.
て少なくとも部分的に半径方向に伸延する請求の範囲17
の装置。19. The method of claim 17, wherein the groove inside the first surface extends at least partially radially with respect to the central axis.
Equipment.
起部を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
る前記隆起部を使用してディスクの内側領域内の光の強
度を検出するための手段を含んでいる請求の範囲15の装
置。20. The calibration means includes a ridge on the first surface of the disk, and the detector assembly uses the ridge opposite the detector assembly to determine the intensity of light in the inner region of the disk. 16. The apparatus of claim 15, including means for detecting.
に配置されたフィルター材料を含み、該フィルター材料
と第１の表面とが円滑で平坦な表面を形成する請求の範
囲20の装置。21. The apparatus of claim 20, including a filter material disposed about a ridge on the first surface of the disk, wherein the filter material and the first surface form a smooth, flat surface. .
ィスクの中心軸線に関して少なくとも部分的に半径方向
に伸延する請求の範囲20の装置。22. The apparatus of claim 20, wherein the ridge on the first surface of the disk extends at least partially radially with respect to the center axis of the disk.
を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーに相対す
る少なくとも１つの前記ピットを使用してディスクの内
側領域内の光の強度を検出するための手段を含んでいる
請求の範囲15の装置。23. A system comprising: a plurality of pits in a first surface of a disk, wherein the detector assembly uses at least one of the pits relative to the detector assembly to reduce light intensity in an inner region of the disk. 16. The apparatus of claim 15, including means for detecting.
料を含み、該フィルター材料及び第１の表面が円滑で平
坦な表面を形成する請求の範囲23の装置。24. The apparatus of claim 23, further comprising a filter material disposed within the pit, wherein the filter material and the first surface form a smooth, flat surface.
数の突起を含み、 検出器アセンブリーが、該検出器アセンブリーと相対す
る少なくとも１つの前記突起を使用してディスクにおけ
る光の強度を検出するための手段を含んでいる請求の範
囲15の装置。25. The calibration means includes a plurality of protrusions on a first surface of the disk, and the detector assembly detects light intensity at the disk using at least one of the protrusions opposite the detector assembly. 16. The apparatus of claim 15, including means for performing.
れ、該フィルター材料と第１の表面とが円滑で平坦な表
面を形成する請求の範囲25の装置。26. The apparatus of claim 25, wherein the filter material is disposed around the protrusion, the filter material and the first surface forming a smooth, flat surface.
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